GENERACIÓN ELÉCTRICA MEDIANTE ENERGÍAS RENOVABLES

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "GENERACIÓN ELÉCTRICA MEDIANTE ENERGÍAS RENOVABLES"

Mercedes Alcaraz Miguélez
hace 7 años
Vistas:

1 GENERACIÓN ELÉCTRICA MEDIANTE ENERGÍAS RENOVABLES TEMA 3. ENERGÍA SOLAR Curso Pablo Díaz Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones Área de Ingeniería Eléctrica Escuela Politécnica - Universidad de Alcalá Despacho S 331 pablo.diaz@uah.es

2 TEMA 3. ENERGÍA SOLAR 3.0 INTRODUCCIÓN. RADIACIÓN SOLAR 3.1 ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA 3.2 ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 2

3 Recurso energético: Radiación solar incidente Panel solar fotovoltaico Electricidad Instalación - Red Eléctrica - Consumo eléctrico propio Calor Instalación Consumo térmico propio (ACS, calefacción, climatización, etc) Panel solar térmico (baja temperatura) Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 3

4 Recurso energético: Radiación solar incidente Panel solar fotovoltaico Electricidad Instalación - Red Eléctrica - Consumo eléctrico propio Calor Instalación Consumo térmico propio (ACS, calefacción, climatización, etc) Panel solar térmico (baja temperatura) Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 4

5 RECURSO ENERGÉTICO: RADIACIÓN SOLAR Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 5

6 Recurso energético: Radiación Solar Características como fuente energética: Es un recurso renovable (inagotable) Libre disposición Amplia distribución en el mundo Variable (día-noche, día del año, condiciones ambientales) Elevada dispersión ( pocos W/m 2 ) Incertidumbre en el comportamiento futuro se trabaja con estimaciones ESTUDIO DE LA RADIACIÓN SOLAR Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 6

7 ESTUDIO DE LA RADIACIÓN SOLAR: FACTORES ASTRONÓMICOS y GEOGRÁFICOS (Posición del Sol) FACTORES ATMOSFÉRICOS Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 7

8 FACTORES ASTRONÓMICOS y GEOGRÁFICOS (Posición del Sol) Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 8

9 Movimiento Sol-Tierra Distancia media Sol-Tierra (U.A): r o = 149,6 millones de km Variación distancia Sol-Tierra: dn 93 r ro 1 0,017sen(360. ) 365 Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 9

Movimiento Sol-Tierra Declinación solar Ángulo formado por el plano ecuatorial con la recta Sol-Tierra (centros) 284 23,45 o sen(360.

10 Movimiento Sol-Tierra Declinación solar Ángulo formado por el plano ecuatorial con la recta Sol-Tierra (centros) ,45 o sen(360. d n ) 365 Suponemos constante en 1 día Declinación δ Amanecer Atardecer Duración día/noche (H. norte) Equinoccio Primavera (20/21 Marzo) Solsticio Verano (21/22 Junio) Equinoccio Otoño (22/23 de Septiembre) Solsticio Invierno (21/22 de Diciembre) 0º Este Oeste 23,45º Este-Noreste Oeste-Noroeste 0º Este Oeste -23,45º Este-Sureste Oeste-Suroeste Iguales Máxima/mínima Iguales Mínima/Máxima Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 10

11 Posición del Sol respecto a un punto de la tierra Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 11

12 Trayectoria del Sol en un día Depende del lugar geográfico (latitud) Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 12

13 Diagrama de trayectorias del Sol. Madrid Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 13

14 Determinación de la posición del Sol en la esfera celeste Elevación solar, γ s : sen sen. sen cos.cos.cos s Acimut, ψ s (Ángulo respecto al Sur): cos s sen s. sen sen cos.cos s Día del año declinación, δ Hora del día Hora solar (ω; ω =0 mediodía) Hora y dirección de salida del sol cada día: s s o 0 ( amanecer ) arccos( tg. tg ) 0 o ( amanecer ) s s arccos( sen ) cos Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 14

15 FACTORES ATMOSFÉRICOS Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 15

16 Características de la Radiación Solar. Distribución espectral (I) Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 16

17 Naturaleza de la Radiación Solar: interacción de la luz con la atmósfera Absorción Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 17

18 Incidencia de la Radiación Solar Constante Solar B=1367W/m 2 Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 18

19 Recurso energético: radiación solar CONOCIMIENTO EXACTO DE LA POSICIÓN DEL SOL INCERTIDUMBRE DEBIDA A LOS EFECTOS ATMOSFÉRICOS UTILIZACIÓN DE BASES DE DATOS DE RADIACIÓN SOLAR INCIDENTE ESTIMACIÓN DEL RECURSO ENERGÉTICO (diseño y análisis de instalaciones) Tipos de bases de datos obtenidos a partir de medidas realizadas: 1 dato medio anual de radiación diaria incidente sobre superficie horizontal (kw.h/m 2.día) 12 datos medios mensuales de radiación diaria incidente sobre superficie horizontal (kw.h/m 2.día) 365 datos medios diarios de radiación incidente sobre superficie horizontal (kw.h/m 2.día) IMPORTANTE: LOS VALORES SOBRE SUPERFICIE HORIZONTAL DEBEN SER TRANSFORMADOS A VALORES SOBRE SUPERFICIE INCLINADA (SEGÚN ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN DE LOS PANELES SOLARES (TÉRMICOS O FOTOVOLTAICOS) Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 19

Recurso energético: Radiación Solar Tipo de datos: Media anual de radiación diaria sobre superficie horizontal (España) Amplias bases de datos por localidades Madrid: 4,5kWh/m 2 dia Fuente: INM,

20 Recurso energético: Radiación Solar Tipo de datos: Media anual de radiación diaria sobre superficie horizontal (España) Amplias bases de datos por localidades Madrid: 4,5kWh/m 2 dia Fuente: INM, generado a partir de isolíneas de radiación solar global anual sobre superficie horizontal Aplicación Estudio previo de viabilidad y diseño en instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red eléctrica Limitaciones No permiten conocer la variabilidad mensual (básico para el diseño de instalaciones autónomas), ni diaria Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 20

21 Recurso energético: Radiación Solar Tipo de datos: Medias mensuales de radiación diaria sobre superficie horizontal (Madrid) Amplias bases de datos por localidades Aplicación Herramienta de diseño y dimensionado de instalaciones solares Limitaciones No permiten conocer la variabilidad diaria Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 21

22 kwh/m 2 dia Recurso energético: Radiación Solar. Datos por localidades de España Radiación incidente sobre superficie horizontal 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic La Coruña 1,44 2,06 3,58 4,10 4,90 5,63 5,34 4,97 3,78 2,62 1,68 1,13 Madrid 2,02 2,96 4,53 5,41 6,37 7,38 7,63 6,57 4,96 3,09 2,14 1,69 Almería 2,50 3,23 4,47 5,28 6,45 6,97 6,90 6,05 4,91 3,78 2,53 2,19 Tenerife 4,10 4,86 5,90 6,79 7,30 7,42 7,23 7,07 6,44 5,39 4,25 3,77 Anual 3,44 4,57 4,61 5,88 Fuente: PV GIS, Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 22

23 Recurso energético: Radiación Solar. Origen de datos Bases de Datos: Censolar H-World (valores medios mensuales de muchas localidades del mundo) NASA (fotografías satélite, ) Comisión Europea - PV GIS ( Interactive Maps :Europe) R. Global: Piranómetro R. Difusa: Piranómetro con disco R. Directa: Pirheliómetro R. Global: Piranómetro Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 23

24 Recurso energético: Radiación Solar Radiación sobre superficie horizontal, G dm (0) (kw.h/m 2 dia) Radiación sobre superficie inclinada real, G dm (β) (kw.h/m 2 dia) Inclinación óptima diaria (factores astronómicos): β= Φ + δ (variable día a día) buscar inclinación única (mes peor) Pero en invierno hay bastante rad. difusa β opt = Φ 10 o β: Inclinación Φ: Latitud δ: Declinación Madrid Φ=40 o Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 24

25 Método de estimación de radiación sobre superficie inclinada fija Datos: G dm (β=0) Indice de claridad: relación radiación glocal/radiación extraterresrte D dm (β=0) Estimación de: G hm (0) B hm (0) D hm (0) Obtención de: G hm (α,β)= B hm (α, β) + D hm (α, β) + R hm (α, β) Estimación de: B hm (α, β) D hm (α, β) R hm (α, β) G dm (α,β): Radiación global Obtención de: Gdm (, ) Ghm(, ) dt Utilizar: -Web PVGIS - Universidad de Jaén (Curso Solar) - Aplicaciones software B (α, β): Radiación directa D(α, β): Radiación difusa R(α, β): Radaición reflejada α: orientación (grados respecto al Sur) β: inclinación (grados respecto a la horizontal) Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 25

26 kwh/m 2 dia Madrid: Datos de radiación incidente sobre superficie inclinada fija (orientación Sur) Radiación incidente sobre superficies inclinadas Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 0 2,02 2,96 4,53 5,41 6,37 7,38 7,63 6,56 4,96 3,09 2,14 1, ,94 3,94 5,4 5,66 6,15 6,86 7,21 6,67 5,61 3,88 3,02 2,5 60 3,43 4,24 5,15 4,59 4,44 4,64 4,96 5,14 5,02 3,97 3,43 2,95 Fuente: PV GIS, Media anual Mínimo anual Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 26

27 Influencia de la posición del receptor: orientación e inclinación fijos LIMITES ADMISIBLES CÓDIGO Fuente: Instituto de Energía Solar (Estefanía Caamaño) TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 27

28 Radiación diaria (kwh/m 2 dia) Radiación incidente en superficies con seguimiento solar total (2 ejes, Madrid) Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horizontal 1,73 2,63 4,15 5,45 6,17 6,69 7,22 6,49 4,8 3,16 1,99 1,77 4,35 Fijo 30o, Sur 2,58 3,54 4,98 5,80 6,00 6,27 6,87 6,68 5,51 4,07 2,92 2,91 4,84 Seguimiento 2 ejes 3,33 4,40 6,39 7,80 8,09 8,60 9,70 9,34 7,07 4,97 3,76 3,99 6,45 Mes Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 28

29 Mapa de sombreado Mapa de sombreado: Teodolito/cámara fotográfica + plano de trayectorias del sol Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 29

30 Estimación radiación perdida por sombreado Fuente: Código Técnico de la Edificación (CTE, 2006) Factor de sombras: suma de las contribuciones de las casillas tapadas (% respecto de la irradiación global anual) Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 30

31 Fuente: Código Técnico de la Edificación (CTE, 2006) Generación Eléctrica mediante Energías Renovables 31

Documentos relacionados

INDICE. 1. LA RADIACION SOLAR. 1.1. Qué es la radiación solar? 1.2. Magnitudes Radiométricas. 1.3. Posición de los captadores solares.

INDICE. 1. LA RADIACION SOLAR. 1.1. Qué es la radiación solar? 1.2. Magnitudes Radiométricas. 1.3. Posición de los captadores solares. INDICE 1. LA RADIACION SOLAR. 1.1. Qué es la radiación solar? 1.2. Magnitudes Radiométricas. 1.3. Posición de los captadores solares. 1 1.LA RADIACIÓN SOLAR. 1.1. Qué es la radiación solar? El sol está